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物联网教学实践体系研讨

发布时间:2018-12-23 01:06:07 文章来源:未来智讯    
    物联网教学实践体系研讨作者:未知   文章编号:1672-5913(2011)23-0021-05 中图分类号:G642 文献标识码:B      摘 要:通过分析物联网的特点,研讨物联网的实践教学体系,提出“面向教学、面向科研,培养具有创新精神和实践能力的人才”的教导方针,对于物联网工程实践中心的架构和物联网专业实验室的建设进行了研讨,根据专业特点,设计了物联网分层次实践教学的内容。将课程知识与工程应用紧密联合,注重培养学生的实践能力和创新能力。
  关键词:物联网;教学;实践
  
  
  1 背景
  物联网是以感知为目的,实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。在自然灾害检测与预防、环境监测、交通物流、城市管理、医疗护理等各方面,物联网技能都有着广泛的需求和应用前景[1-2]。《国家中长期科学与技能发展规划(2006-2020年)》[3]和“新一代宽带移动无线通讯网”重大专项[4]中均将传感网和物联网列入重点研讨领域。物联网必将引发新一轮信息技能革命和家当革命,是信息家当领域未来竞争的制高点和家当升级的核心驱动力。加快发展物联网家当不但是提升我国信息家当核心竞争力、发展创新型经济的战略选择,也是改造提升传统家当、促进两化融合、提升社会信息化水平的重要抓手,对经济发展和社会生活都将产生深远影响。
  我国高素质物联网技能人才的极度短缺已经成为制约我国物联网家当快速发展的一个瓶颈,因此培养与国际接轨的高素质物联网技能人才,为工业化与信息化融合服务,已成为“两化”融合过程中的一项重要事务。为此,2010年教育部核准三十所高校首批设立了物联网工程专业。
  
  物联网技能涉及多个学科,这些跨学科知识的融合和贯通必须通过实践来进行。通过提供优质的实验条件和丰富的实验资源,进行多层次的实践教学,才能培养学生的工程实践能力和创新精神,为其成为高素质应用型人才、复合型人才和拔尖创新人才奠定坚实的基础。
  2 物联网实践教学体系研讨
  目前,国内和国外发达国家在物联网技能研讨和发展上基本处于同一同跑线。国内高校和同行都认为抓住物联网工程技能研讨、专业建设和人才培养的先机,是我国新兴战略性家当发展的迫切需求,也是我国在引领信息技能发展潮流的关键领域赶超发达国家的一次机遇。
  为适应我国物联网家当发展的需要,2010年,南京航空航天大学作为首批增设物联网技能本科专业的高校之一,联合南航本身优势,制定了物联网工程专业的培养打算,培养适合“两化”融合需要、掌握扎实物联网技能、具有创新精神和较强实践能力的高校毕业生,为信息家当、航空航天和民航、地方等企事业单位和行政管理部门输送急需的高素质物联网技能人才,为我国信息化建设做出贡献。在建立物联网实践教学体系方面,包括以下几个主要方面。
  2.1 明确实践教学的教导方针
  在实践教学中,需要贯彻“面向教学、面向科研,培养具有创新精神和实践能力的人才”的教导方针,将基础研讨和工程性研讨相联合,以培养学生的创新能力和实践能力为使命。高度重视实践环节,推进实验内容和实验模式的改革和创新,培养学生的实践动手能力、分析问题和解决问题的能力;组织学生积极参与科学研讨,进行创新性实验和实践,提升学生创新精神和创新能力;与社会、行业以及企事业单位共同建设实习、实践教学基地,加强产学研合作。以此为教导,建立如图1所示的物联网实践教学体系。
  
  2.2 建设物联网工程实践教育中心
  南京航空航天大学成立了物联网工程实践教育中心,将原有的计算机技能实验室、信息平安实验室、嵌入式实验室、单片机实验室、计算机网络实验室以及与企业合办的结合实验室都纳入到物联网工程实践教育中心,并新建物联网专业实验室,包括:物联网感知实验室、物联网接入实验室和物联网应用实验室。这些校内实验资源和新联电子、南京熊猫以及东软等企业的实践实训平台将统一整合到物联网工程实践教育中心。
  2.3 建设物联网专业实验室
  对于物联网工程方面的各个专业实验室,选取如下的建设思绪。
  1) 满足物联网工程专业课程建设需要。满足物联网技能基础导论、物联网感知技能基础、嵌入式系统原理、无线自组织网络、M2M技能概论、物联网感知技能、FPAG原理及应用、DSP原理及应用等专业核心课程的需要。学生通过物联网实验,能够更好地感知物联网,增强学习兴趣。
  2) 充分利用现有资源,建立具有良好展示性效果的物联网平台。在物联网工程专业的实验室建立过程中,一方面能够购买物联网实验设备,更为重要的一方面是在原有物联网技能的基础上,转化科研成果,使之应用于物联网工程专业实验设备,配套编制实验手册,从而整个专业实验突显特色和亮点。
  3) 注重与原有实验室资源的集成。物联网性子
  
  上是多种技能的集成,原有计算机专业的信息平安实验室、软件能力综合训练开放实验室等均能够与物联网工程专业实验室集成起来,使得设备与实验打通,不反复投资。同时,充分利用校园网内的计算环境,力争变成云计算环境,从而实现物联网从底层感知到中间网络传输以及上层云计算的总体物联网环境。
  4) 以学科研讨和行业背景为基础,建设面向行业特色的综合实验平台。具体包括面向航天的高可信嵌入式技能为代表的可信物联网节点技能综合实验平台;面向航空制造的大飞机结构监测的智能无线传感网络系统综合实验平台;面向民航管理的机场噪声感知与分析系统综合实验平台。
  2.4 设计实践教学内容
  在物联网专业课程实验教学内容上,一是突出知识的综合运用能力培养,二是突出物联网工程系
  
  统分析设计能力培养,围绕物联网基础技能及其专业方向,设立多个实验项目。三是突出团队精神和创新能力培养,鼓舞学生联合科研项目开展创新性课题研讨,使学生受到严格的工程训练,强化培养了学生的科研素养、工程实践能力、创新能力和团队协作能力。
  在物联网专业实践教学方面,新增的基础实验内容主要包括感知实验、接入实验和综合应用实验(如图3所示)。
  物联网传感技能实验包括传感器实验和传感网实验。传感器实验重点在于掌握传感器的应用,可以完成接口电路设计、传感器信息采集和信号分析。传感网实验让学生着重学习传感网络相关知识,可以进行通讯网络拓扑结构、通讯帧结构设计、通讯协议分析和大略的通讯协议设计。
  
  物联网接入技能教学实验中包含多种射频识别和传感器节点以及路由器网络等硬件,以及网络协议的和数据采集抑制软件。能够在ARM处理器为内核的网关上,完成多种无线网络管理、传感器和射频识别信息处理,通过不同无线和有线网络路径,将数据传输到物联网的中心服务器数据库和互联网;并利用网络监控软件,在PC上完成网络监控、网络维护和数据库管理。
  物联网应用实验包括传感器、网络、数字抑制系统、应用软件系统等各个组成环节,模拟物联网的真实应用,可以让学生对物联网的各种组件和应用有更为深刻的理解。
  在具体的实验教学体系中,把课程实验分为必做实验和选做实验,进行分层次的教学。第一层次为基本验证型实验。联合物联网最基本的“感知”特征,最初让学生可以感知物联网。这些感知由课程的基本实验课完成,对理论教学的单点理论、知识、观念进行认知、验证、操作训练,加深对课堂理论教学各知识点、观念的理解和巩固。第二层次为综合型实验,实验内容覆盖课程的多个知识点,进一步加深知识体系的理解和运用,做到融会贯通。第三层次为设计型实验,给定明确的实验指标,要求学生运用一门或几门相关课程理论、知识、观念、技能,进行系统分析和设计,提高系统实现能力。第四层次为研讨创新型实验,为局部优秀学生设置,他们能够根据自己的爱好进入实验室,特别是创新实验室或大学生科技中心完成自己拟定的课题和学生创新基金项目,或参加教师的科研项目。
  这种分层次多类别的实验教学体系,一方面可以保证进入该体系的学生具有基本的实践能力,达到基本的专业要求;另一方面,为学有余力的学生提供了创新实践的平台,达到因材施教的目的。
  2.5 开放实验,服务本硕
  物联网工程的实践教学平台不但可以服务于物联网专业,由于其专业实验的设置是以网络为基础,因此计算机网络的教学实践也能够充分利用其实验环境,培养本科生的工程实践能力和研讨生的科研能力。
  
  图4是目前计算机网络方面的实验内容,从类型来看主要包含:软件编程、软件配置和硬件配置[5]。实验的主体是对路由器、交换机、防火墙的基本配置和平安设置,内容上侧重了有线网络的组网及工程应用。图3中物联网实验教学内容的“接入实验”局部,包含了无线局域网Wi-Fi、无线广域网GPRS和3G的组网、路由配置和测试,并且有Android开发平台,能够开发基于手机的各种应用,这些内容都能够充实到计算机网络实验教学内容中,既能够提高学生的学习兴趣,又能够使其对网络有更深入的理解。
  在实验课程之外,学生能够加做或补做任何课程实验,也能够做自己设计的实验,或根据自己的兴趣进行相关的设计创新。对于优秀学生和研讨生,能够进一步通过学生创新基金项目和参与教师科研课题而进入创新实验室进行研讨和开发。创新实验室选取以学生管理为主、教师管理为辅的管理模式,每天都有专人(学生)在实验室值班,进行日常管理,在培养学生创新能力的同时,也锻炼了他们实验室维护与管理的能力。
  3 结语
  物联网作为新兴的家当和专业,其技能涉及多个学科,因此通过实践教学将这些跨学科知识的融合和贯通尤为重要。我们将通过提供优质的实验条件和丰富的实验资源,进行多层次的实践教学。在整个实践教学体系中包括了总体知识体系的构建和基本工程能力训练,通过多种实践环节培养学生的工程素质、实践能力和创新意识,为培养高素质应用型人才、复合型人才和拔尖创新人才培养奠定坚实基础。该实践体系还可以为计算机专业学生提供更为专业的网络实验平台,为培养学生发挥更大的作用。
  今后我们将不时在教学实践中积累经验,发展、完善该实践教学体系,并根据业界发展趋势调整教学和实验内容,将物联网技能发展与教学相联合,加强对学生专业能力的培养。
  
  参考文献:
  [1] 沈苏彬,毛燕琴,范曲立,等. 物联网观念模型与体系结构[J]. 南京邮电大学学报:自然科学版, 2010(4):1-8.
  [2] 赵海霞. 物联网关键技能分析与发展探讨[J].中国西部科技,2010(14):25-26,43.
  [3] 中华人民共和国国务院.国家中长期科学与技能发展规划(2006-2020年) [Z].[2006-02-01]http://wenku.百度.com/ view/ddcecbcea1c7aa00b52acbb6.html.
  [4] 中华人民共和国科学技能部. “新一代宽带无线移动通讯网”国家科技重大专项2011年度课题申报指南[Z].[2010-05-01]. http://www.most.gov.cn/tztg/201005/W020100512591012346402.doc.
  [5] 钱红燕,陈兵,燕雪峰. 计算机网络平安课程教学的研讨与实践[J]. 南京航空航天大学学报:社会科学版,高教研讨,2009,11(2):41-44.
  Research on the Practice Architecture of the Internet of Things
  QIAN Hongyan, CHEN Bing, YAN Xuefeng
  (College of Computer Science & Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China)
  Abstract: It analyzes the characteristics of the Internet of things. By studying the architecture of the practice of the Internet of things, it’s proposed the guidelines that we should focus on teaching and researching in order to cultivate the students with the ability of innovation and practice. During building the professional laboratory, we study the requirements of the engineering center of the Internet of things, and design the teaching contents of practice according to the layer of different students. It combined the knowledge and engineering application tightly, which is helpful in cultivating students.
  Key words: the Internet of things; teaching; practice
  (编辑:白杰)
  
  基金项目:2011年江苏省研讨生教育教学改革研讨与实践项目:研讨生网络课程群实践体系改革与实现(JGKT11_005)。
  作者简介:钱红燕,女,讲师,研讨方向为计算机网络,无线通讯;陈兵,男,教授,研讨方向为计算机网络,嵌入式系统;燕雪峰,男,副教授, 研讨方向为仿真,计算机网络。

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